引水式水電站布置調壓室結構設計及計算書

1、目錄目錄目錄.- 1 -第一章第一章 設計基本資料設計基本資料.- 3 -1.1 地理位置.- 3 -1.2 水文氣象.- 3 -1.2.1水文條件.- 3 -1.2.2氣象條件.- 4 -1.3 工程地質.- 4 -1.4 交通狀況.- 5 -1.5 設計控制數據.- 5 -第二章第二章 水輪機水輪機.- 5 -2.1 特征水頭 .- 5 -2.1.1 hmin的確定.- 5 -2.1.1.1 校核洪水位 .- 5 -2.1.1.2 設計洪水位 .- 6 -2.1.1.3 正常蓄洪水位 .- 6 -2.1.1.4 設計低水位 .- 7 -2.1.2 hmax的確定.- 7 -2.1.2.1

2、校核洪水位 .- 7 -2.1.2.2 設計洪水位 .- 8 -2.1.2.3 正常蓄洪水位 .- 8 -2.1.2.4 設計低水位 .- 9 -2.1.3 hav的確定.- 10 -2.2 選型比較.- 10 -3.3 調速系統(tǒng) .- 14 -3.4 水輪機轉輪流道尺寸：.- 15 -3.4.1蝸殼尺寸.- 15 -3.4.2尾水管尺寸.- 16 -第三章發(fā)電機第三章發(fā)電機.- 16 -第四章第四章 混凝土重力壩混凝土重力壩.- 18 -4.1 樞紐布置.- 18 -4.1.1樞紐布置形式.- 18 -4.1.2壩軸線位置.- 18 -4.2 擋泄水建筑物.- 18 -4.2.1壩頂高程確定

3、.- 18 -4.2.1.1 壩頂超出靜水位高度h .- 19 -4.2.2擋水建筑物砼重力壩.- 19 -4.2.2.1 基本剖面 .- 20 -4.2.2.2 實用剖面 .- 21 -4.2.2.3 設計情況下 .- 21 -第五章第五章 溢流壩溢流壩.- 27 -5.1 泄水建筑物砼溢流壩.- 27 -5.1.2 堰頂高程.- 28 -5.1.3 溢流壩實用剖面設計.- 29 -5.2 溢流壩穩(wěn)定應力計算.- 32 -5.2.1設計洪水位（239.0）.- 32 -5.2.2校核情況下（240.8 m）.- 34 -5.3 壩內構造.- 36 -5.3.1壩頂結構.- 36 -5.3.1

4、.1 非溢流壩 .- 36 -5.3.1.2 溢流壩 .- 36 -5.3.2壩體分縫.- 36 -5.3.2.1 給縫 .- 36 -5.3.4壩內廊道.- 36 -5.3.5壩基地基處理.- 36 -5.4 溢流壩消能防沖.- 37 -第六章第六章 引水建筑物引水建筑物.- 38 -6.1 引水隧整體布置.- 38 -6.1.1洞線布置（水平方向）.- 38 -6.1.2洞線布置（垂直方向）.- 38 -6.2 細部構造.- 38 -6.2.1隧洞洞徑.- 39 -6.2.2隧洞進口段.- 39 -6.2.3攔污柵.- 39 -6.2.4閘門斷面尺寸.- 40 -6.2.5進口高程計算.-

5、 40 -6.2.6壓力管道設計.- 41 -第七章第七章 專題部分專題部分調壓室調壓室.- 42 -7.1 托馬斷面計算.- 42 -7.2 涌浪計算.- 44 -7.2.1簡單式調壓室.- 44 -7.2.2阻抗式調壓室.- 45 -7.2.3.差動式調壓室.- 46 -7.3 調壓室結構設計.- 48 -7.3.1應力計算.- 48 -7.3.2調壓室配筋.- 51 -第一章 設計基本資料1.1 地理位置烏溪江屬衢江支流，發(fā)源于閩、浙、贛三省交界的仙霞嶺，于衢縣樟樹潭附近流入衢江，全長 170 公里，流域面積 2623 平方公里。 流域內除黃壇口以下屬衢江平原外，其余均屬山區(qū)、森林覆蓋面

6、積小，土層薄，地下滲流小，沿江兩岸巖石露頭，洪水集流迅速，從河源至黃壇口段，河床比降為 1/1000，水能蘊藏量豐富。1.2 水文氣象1.2.1 水文條件湖南鎮(zhèn)壩址斷面處多年平均徑流量為 83.0m3/s。表 1-1 壩址斷面處山前巒水位流量關系曲線水位（m）122.71123.15123.5124.04125.4126.6128.5流量（m3/s）105010020050010002000水位（m）130.1132.6135.3137.6139.8141.8流量（m3/s）300050007500100001250015000表 1-2 電站廠房處獲青水位流量關系曲線水位（m）115115.

7、17115.39115.57115.72115.87116流量（m3/s）1020406080100120水位（m）116.13116.25116.37116.47117.05117.9118.5流量（m3/s）1401601802004007001000水位（m）119.45120.3121.97123.2125.65127.8129.8流量（m3/s）15002000300040006000800010000水位流量關系曲線12012513013514014505000100001500020000流量水位系列11.2.2 氣象條件烏溪江流域屬副熱帶季風氣候，多年平均氣溫 10.4，月平均

8、最低氣溫 4.9，最高氣溫 28；7、8、9 月份會受臺風過境影響，時有臺風暴雨影響。1.3 工程地質本工程曾就獲青、項家、山前巒三個壩址進行地質勘測工作，經分析比較，選用了山前巒壩址。山前巒壩址河谷狹窄，河床僅寬 110m 左右，兩岸地形對稱，覆蓋層較薄，厚度一般在 0.5m 以下，或大片基巖出露，河床部分厚約 24m。巖石風化普遍不深，大部分為新鮮流紋斑巖分布，局部全風化巖層僅 1m 左右，半風化帶厚約 212m，壩址地質構造條件一般較簡單，經壩基開挖僅見數條擠壓破碎帶，產狀以西北和北西為主，大都以高傾角發(fā)育，寬僅數厘米至數十厘米。壩址主要工程地質問題為左岸順坡裂隙、發(fā)育，差不多普及整個山

9、坡，其走向與地形地線一致，影響邊坡巖體的穩(wěn)定性。壩址地下水埋置不深，左岸為 1126m，右岸 1534m。巖石透水性小，相對抗水層（條件吸水量 0.01l/dm）埋深不大，一般在開挖深度范圍內，故壩基和壩肩滲透極微，帷幕灌獎深度可在設計時根據揚壓力對大壩的影響考慮選用。壩址的可利用基巖的埋置深度，在岸 1012m，右岸 69m，河中68m，壩體與壩基巖石的摩擦系數采用 0.68。引水建筑物沿線為流紋斑巖分布。巖石新鮮完整，地質條件良好。有十余條擠壓破碎帶及大裂隙，但寬度不大，破碎程度不嚴重。廠房所在位置地形陡峻，覆蓋極薄，基巖大片出露，巖石完整，風化淺，構造較單一。有兩小斷層，寬 0.50.8

10、m，兩岸巖石完好。本區(qū)地震烈度小于 6 度。1.4 交通狀況壩址至衢縣的交通依靠公路，衢縣以遠靠浙贛鐵路。1.5 設計控制數據a .校核洪水位：240.8m，校核最大洪水下泄流量 8510.0m3/s.b .設計洪水位：239.0m，設計洪水最大下泄流量 4800.0m3/sc .設計蓄水位：232.5md .設計低水位：192.0me .裝機容量： 36.0 萬 kw第二章 水輪機2.1 特征水頭2.1.1 hmin的確定 2.1.1.1 校核洪水位 校核洪水位 240.80m 下 3 臺機組滿發(fā) ，z上=240.80m，發(fā)電機出力n=6.0 萬千瓦則即水輪機出力為436.010n =97%

11、 水 水 根據 n=9.8qh ，水電站的效率一般為 93%即 =93%表 2-1 試算過程 q（）sm3z（m）上z(m)下(萬 kw)水n2000240.80128.5022.46500240.80125.405.7715024 240.8012 123.7817.55 由 nq 關系曲線，n=43 6.0 1093% 97% kwq=180sm3 z下=123.90m hmin =( z上- z下)97% =113.39m2.1.1.2 設計洪水位 設計洪水位，3 臺滿發(fā)時 z上=239.00m 發(fā)電機出力 n=18.0 萬千瓦則即水輪機出力為水n= 43 6.0 1097% ，根據 n

12、=9.8qh ，水電站的效率一般為 93%即 =93%表 2-2 試算過程q（）sm3z（m）上z(m)下(萬 kw)水n500239.00125.405.68200239.00124.042.30180239.00123.8721.29由 nq 關系曲線，n= kwq=185 z=123.92m43 6.0 1093% 97%sm3下hmin =( z- z)97% =111.64m上下2.1.1.3 正常蓄洪水位 正常蓄洪水位 232.5m 時，3 臺機組滿發(fā)，發(fā)電機出力 n=18.0 萬千瓦則即水輪機出力為水n=43 6.0 1097% kw，根據 n=9.8qh ，水電站的效率一般為

13、93%即 =93%表 2-3 算過程q（）sm3z（m）上z(m)下(萬 kw)水n200232.5124.0421.69180232.5123.9019.58190232.5124.0020.62 由 nq 關系曲線，n=kwq=190 z=124.00m43 6.0 1093% 97%sm3下hmin=( z- z)97% =105.25m上下2.1.1.4 設計低水位設計低水位 192.00m 設計低水位 192.00m 3 臺機組滿發(fā)時發(fā)電機出力n=18.0 萬千瓦則即水輪機出力為= kw，根據 n=9.8qh ，水n43 6.0 1097%水電站的效率一般為 93%即 =93%表 2

14、-4 算過程q（）sm3z（m）上(萬 kw)水n350192.0023.56300192.0020.25320192.0021.59由 nq 關系曲線，n=kwq=190 z=124.52m43 6.0 1093% 97%sm3下hmin=( z- z)97% =65.46m上下綜合以上得校核洪水位 240.8m 3 臺機組滿發(fā)時，hmin=123.90 m；設計洪水位 239.0 m ， 3 臺機組滿發(fā)時，hmin=111.64 m；設計蓄水位 232.2 m 3 臺機組滿發(fā)時，hmin=105.25 m；設計低水位 192.0m，3 臺機組滿發(fā)時，hmin=65.46 m； 所以 hmi

15、n=65.46 m2.1.2 hmax的確定2.1.2.1 校核洪水位校核洪水位 240.80m 下 1 臺機組滿發(fā) (另外 2 臺機組停機) ，z=240.80m 發(fā)電機出力 n=6.0 萬千瓦則即水輪機出力為= 上水n，根據 n=9.8qh ，水電站的效率一般為 93%即 =93%43 6.0 1097%表 2-5 試算過程q（）sm3z（m）上z(m)下(萬 kw)水n100240.80128.5011.7350240.80125.405.8875 24 240.8012 123.788.81 由 nq 關系曲線，n= kwq=60 z=123.20m43 6.0 1093% 97%sm

16、3下hmax =( z- z)97% =114.72m上下2.1.2.2 設計洪水位設計洪水位+1 臺滿發(fā)(另外 2 臺機組停機)， z=239.00m 發(fā)電機出上力 n=6.0 萬千瓦則即水輪機出力為= ，根據 n=9.8qh ，水水n43 6.0 1097%電站的效率一般為 93%即 =93%表 2-6 試算過程q（）sm3z（m）上z(m)下(萬 kw)水n100239.00123.511.5560239.00 123.206.9550239.0012 123.155.79 由 nq 關系曲線，n= kwq=65 z=123.91m43 6.0 1093% 97%sm3下hmax =(

17、z- z)97% =112.33m上下2.1.2.3 正常蓄洪水位正常蓄洪水位 232.5m 時，1 臺機組滿發(fā)(另外 2 臺機組停機) ，發(fā)電機出力 n=6.0 萬千瓦則即水輪機出力為= kw，根據 n=9.8qh 水n43 6.0 1097%，水電站的效率一般為 93%即 =93%表 2-7 算過程q（）sm3z（m）上z(m)下(萬 kw)水n200232.5124.0421.69500232.5125.45.3650232.5123.155.47 由 nq 關系曲線，n=kwq=190 z=123.25m43 6.0 1093% 97%sm3下hmax=( z- z)97% =105.

18、97m上下2.1.2.4 設計低水位設計低水位 192.00m 設計低水位 192.00m 1 臺機組滿發(fā)(另外 2 臺機組停機) 發(fā)電機出力 n=6.0 萬千瓦則即水輪機出力為= kw，根水n43 6.0 1097%據 n=9.8qh ，水電站的效率一般為 93%即 =93%表 2-4 算過程q（）sm3z（m）上(萬 kw)水n200192.0013.59100192.006.85110192.007.53 由 nq 關系曲線，n=kwq=190 z=123.50m43 6.0 1093% 97%sm3下hmin=( z- z)97% =66.45m上下由以上可知:校核洪水位 240.8m

19、 ，1 臺滿發(fā)，另外 2 臺停機時，hmax=114.07 m設計洪水位 239.0 m ，1 臺滿發(fā)，另外 2 臺停機時 hmax=112.33 m；設計蓄水位 232.2 m ，1 臺滿發(fā)，另外 2 臺停機時，hmax=105.97 m；設計低水位 192.0m， 1 臺滿發(fā)，另外 2 臺停機時，hmax=66.45 m；綜合上述，hmax=114.07 m 2.1.3 hav的確定hav =h，其中 =1取 hav =0.5（hmax + hmin）=0.5（114.07 m+65.46 m）=89.77 m對于引水式電站 hav = hr =89.77 m2.2 選型比較根據水頭工作范

20、圍和設計水頭查資料選擇水輪機型是為 hl200 或 hl180hl200 水輪機方案的主要參數選擇1轉輪直徑 d1查表水電站3-6 得限制工況下單位流量 qim=950l/s=1.15m3/s 效率m89.4，由此初步假定原型水輪機在此工況下的單位流量 qi qin=0.95m3/s,效率 90.7水輪機額定力 nr=6.0104 kw97設計水頭 hr=hav=90.84 m=2.93m hr81. 91hrqinrd 89.779.81 0.95 89.7789.77 取之相近而偏大的標稱直徑 d13.0m2轉速 n 計算hl200 最優(yōu)工況下 mmax=90.7%,模型轉輪直徑 d1m=

21、0.46m，單位轉速n110m=68.0prm，水輪機轉速 n：10m1nhavn= d =68.0 89.773.0=214.7 prm，選擇與之相近的同步轉速n=214.3 prm，磁極對數 p=14.3效率及單位參數修正hl200 型水輪機在在最優(yōu)工況下的模型最高效率 mmax=90.7%，模型轉輪直徑 d1 m=0.46m，max= =92.3%，mmax1 mmax1(1-)d=1- d (1-97%) 0.461- 3.0 則效率修正系數為 =92.3%-90.7%=1.6%?？紤]到原型與模型在制造工藝質量上的差異，常在 中減去一個修正值 ，現取 =0.6%，則可得效率修正值 =1

22、%，由此可得原型水輪機在最優(yōu)工況和限制工況下的效率為：max=mmax+=90.7%+1.0%=91.7%=m+=89.4+1.0%=90.4%（與上述假設相同）n= 則=1.44%3.0%110mmaxmmaxn/-1 max110mmmaxn =-1n 91.7%-190.7%按規(guī)定，單位轉速可不加修正，同時，流量也不加修正，故 d1=3.0 m. n=214.3 prm 4、工作范圍檢驗在 hr,nr條件下, q11max=nr/（9.81 d12hr1.5）=0.908 m3/ s0.950 m3/ s則水輪機的最大引用流量 qmax= q11max d12 hr0.5=77.43 m

23、3/ s與特征水頭 hmax hmin hr相對應的單位轉速為n111 min= =60.195 prm1n dhmax214.3 3.0114.07 n111max= =79.46 prm1n dhmin214.3 3.065.46 n111r= =67.85 prm1n dh r214.3 3.089.77 在 hl200 型水輪機模型綜合特性曲線上分別繪出 q11max=0.908 3/ s，n111max=79.46 prm，n111 min=60.195 prm 3 條直線所圍成的水輪機工作范圍基本上包括了該特性曲線的高效率區(qū)，因此，所選 hl200 型水輪機d1=3.0m，n=21

24、4.3 prm 是合理的！5、吸出高度 hs 計算)(9000 .10mmhs 由水輪機設計工況參數 n111r= 67.85 prm，q11max=0.908 m3/ s 查表 3-6（水電站教材）得 hl200 的氣蝕系數為 m=0.088，查得氣蝕修正系數m=0.02, 取多年平均尾水位 123.4m, = =0.168 m)(9000 .10mmhs123.4090010.0(0.0880.02) hs=0.168 m-4.0 m 吸出高度滿足要求hl180 方案主要參數選擇1、轉輪直徑 d1查表水電站得限制工況下單位流量 qim=860l/s=0.86m /s3模型效率 m89.5%

25、,初步假定 92%=3.061m 與之相近且19.81hrdqihrhr 89.779.81 0.86 89.7789.77 偏在標稱直徑 d13.3m2、轉速 n 計算最優(yōu)工況下 n10m67.or/min, 假定 n10n10m=212.84 prm,10m1nhavn= d 6789.773.3 取與之相近且偏大的同步轉速 n214.3prm 3、效率修正及單位參數修正max=mmax+=92.0%+2.5%=94.5%=m+=889.5+2.5%=92.0%（與上述假設相同）n= 則=2.7%3.0%110mmaxmmaxn/-1 max110mmmaxn =-1n 94.5%-192

26、%按規(guī)定，單位轉速可不加修正，同時，流量也不加修正，故 d1=3.3 m, n=214.3 prm4、工作范圍檢驗n111max= =87.416 prm1minn dh214.3 3.365.46 n111r= =76.44 prm1n dh r214.3 3.389.77 5、吸出高度 hs 確定=0.62m-4.0 m 故吸出高度滿足要求！)(9000 .10mmhshl200 和 hl180 方案比較方案參數對照表：（31）項 目hl200hl180模型參數推薦用水頭范圍（m）最優(yōu)單位轉速n10（r/min）最優(yōu)單位流量 q10（l/s）最高效率 bmmax(%)氣蝕系數9012568

27、80090.7%0.088 9012567 720 92% 0.083原 型工作水頭（m）轉輪直徑 d1（m）轉速 n(r/min)額定出力 nr(kw)最大引用流量 qmax(m3/s)吸出高度（m）65.46114.073.0214.36.0106/97%77.430.17 65.46114.07 3.3 214.36.0106/97% 76.35 0.62比較之后選擇機型 hl180水輪機安裝高程zshs0.5bo 其中zs 水輪機安裝市程；設計水尾位 123.40；bo 導葉高度 0.66；hs 吸出高度；求得 zs124.35m3.3 調速系統(tǒng)1、調速功計算a=（6.988.73）1

28、05n.m30000n.mmax1200250q h d屬大型調速器,接力器和調速器需要分別進行計算和選擇.2、接力器選擇 a. 接力器直徑 ds=489mm10max1ds= d b h / d 0.0290.032 標準正曲率導葉（取中間值 0.031 計算）=0.031=489mm10max1ds= d b h / d 0.66 114.073.3 選擇與之相近且偏大的 ds=500mm 的標準接力器b 最大行程 smax smax=(1.41.8)a0maxa0max水輪機導葉最大開度 (5-1)0 mmax000max0m0mad za= d z查模型綜合特性曲線得 a0 mmax=

29、27 mm，d1m=460 mm z0m=24，則=108.8 mm0 mmax000max0m0mad za= d z273300 14460 24 smax=(1.41.8)a0max=(1.41.8) 108.8 mm=152.32195.84 mmc 接力器容積計算v v s s= = = =77l77l2maxds s2 2489 500 2 (5-2)1.13/ss mdvt v 選用 ts=4s vm=4.5m/s計算得=74 mm，故選用 dt-80 型電氣1.13/ss mdvt v 771.134 4.5 液壓型調速器3、油壓裝置vk=（1820）vs=1.3861.540

30、m3，選用組合式油壓裝置 yz-1.6圖5-3 油壓裝置示意圖3.4 水輪機轉輪流道尺寸：圖5-2 水輪機轉輪示意圖3.4.1 蝸殼尺寸水輪機直徑 d1=3.3m，壓力鋼管各分管直徑 d11=d12=d13=4.27 m，由于設計水頭 hr=89.77 m40 m,混凝土結構不能承受過大的內水壓力，采用金屬蝸殼，座環(huán)內徑 db=4400 mm da= 5200mm，導葉高度 b0=660 mm，查得蝸殼進口斷面平均流速為 7.4m/s。hl180 型水輪機最大引用流量為 qmax= 76.35 m3/sq i=qmaxi/360 ra = da/2=2600 mm rb=db/2=2200 m

31、m表 3-2 渦殼計算表格從蝸殼鼻端至斷面i 的包角（）i斷面半徑（m）i斷面中心距(m)ia斷面外半徑(m)ir3452.0644.6646.7283001.9254.5256.4502551.7754.3756.1502101.6114.2115.8221651.4284.0285.4561201.2183.8185.036750.9633.5634.526300.6093.2093.8183.4.2 尾水管尺寸hl180，d3=1.06d1, d1d3，采用標準混凝土肘管,尺寸如下：=2.6，h=3.32.6=8.56m；1hd=4.5，l=3.34.5=14.85m；1ld=2.72,

32、 b5=3.32.72=8.976m；51bd=1.35, d4=3.31.36=4.455m；41dd=1.35, h 4=3.31.35=4.455m；41h d=0.675, h 6=3.30.675=2.228m；61h d=1.82，l1=3.31.82=6.006m;11l d=1.22, h 5=3.31.22=4.026m.51hd尾水管尺寸詳見附圖中！第三章發(fā)電機發(fā)電機選型：選用 sf5060/9900 型，懸式，尺寸 4.5m1.4m重量:gd =142 t gz=298 t 總重量 gf=647 ts f (kva)62500 n f (kw)50000 功率因數 cos

33、=0.85轉速：額定 n =250r/min 飛逸 nf=560r/min 飛輪力矩 gd2=2000 t.m22推力軸承負 p：1766（t） 釘子鐵芯主要尺寸：定子內徑 da=990cm 外徑 di=933cm 長度 lt=120 cm 定子機座高度：h1=2600mm 上機架高度：h2=2750mm 推力軸高度：h3=21400mm 勵磁機高度：h4=1488mm 副勵磁機高度：h5=1195mm 永磁機及轉子繼電器高度：h6=808mm定子支承面至下機架支承面距離：h8=1000mm下機架支承面至法蘭底面距離：h9=-50mm轉子磁輪軸向高度：h10=1918mm發(fā)電機主軸高度：h11

34、=8434mm定子水平中心至法蘭盤底面距離：h12=2150mm法蘭盤底面至發(fā)電機頂部高度：h=11063 mm 定子支承面至發(fā)電機地板高度：h=5350 mm 機座外徑：d1=11350 mm 風罩內徑：d2=14000mm 轉子外徑：d3=9300mm 下機架最大跨度：d4=8300mm 水輪機坑直徑：d4=8150mm 水輪機轉輪流道尺寸：圖5-2 水輪機轉輪示意圖第四章 混凝土重力壩 4.1 樞紐布置4.1.1 樞紐布置形式因壩址附近河道蜿蜒曲折，多年平均徑流量 83.0m3/s，較??；河床坡度比降 1/1000，故根地形條件選用有壓引水式地面廠房方案。上游山前巒斷面布置擋水建筑物及泄

35、水建筑物，大壩右岸上游約 150m 處有天然凹口，在此布置引水隧洞進水口。下游獲青處布置地面廠房，開關站等建筑物，具體位置見樞紐布置圖。4.1.2 壩軸線位置根據已知資料，山前巒壩址地形圖，選擇兩條壩軸線。a 線沿東西向與河道垂直，縱坐標 76341，b 線也沿東西向，縱坐標 76370。a 線總長462m，穿過左岸部分裂隙；b 線總長 470m，避開左岸裂隙。由于壩軸線較短，穿過裂隙不多可作地基處理故選擇 a 線方案。4.2 擋泄水建筑物4.2.1 壩頂高程確定根據水電站裝機 20.8 萬 kw，水庫總庫容 2043.54108m3，取工程規(guī)模為大（1）型，主要建筑物級別：1 級，次要建筑物

36、：2 級，臨時建筑物：4級。4.2.1.1 壩頂超出靜水位高度hh = 2hl+ho+hc 41)2hl累計頻率為 1%的波浪涌高（m）ho波浪中線高出靜水位高度（m）hc取決于壩的級別和計算情況的安全超高（m）根據查資料，采用計算風速 v0 =14.0m/s.在樞紐布置圖上量得吹程d=575 m采用官廳水庫公式：= (42)20gl mv2g d-1/2.151/3.75v00.331 v0() 故 l m=4.75 m，l m為平均波高由 (43)2gtml m=2 得 tm=1.74s又由 (44) mmgl = 13.9 g hv0得 hm=0.154 m 所以=0.154/（239-

37、125）=1.3510-3，查表（2-12）mhh得 hm/ h=2.4，所以 h1=2.40.154=0.370 mh z= =3.140.3702/4.75=0.090 m (45)m22h1 c t hl ml h hc-查水工建筑物 （上）河海大學出版社 p53表 2-8基本組合： hc=0.7m，特殊組合 hc=0.5m 設計洪水位+h 設=239+0.372+0.09+0.7=240.35 m壩頂高程= h max校核洪水位+h 校=240.8+0.372+0.09+0.5=242.13 m取壩頂高程為 242.20m查壩軸線工程地質剖面圖，得出可利用基巖最低點高程 115.0m，

38、由此知大壩實際高度為 242.20-115.0=127.20m4.2.2 擋水建筑物砼重力壩4.2.2.1 基本剖面由于電站形式為引水式，故壩上右側無有壓進水口，上游壩坡坡度不受限制，同時用應力條件和穩(wěn)定條件公式確定壩底的最小寬度，如（如圖 2-1）所示：壩底高程115.00bb-b1:m1:n設設計計洪洪水水位位2 23 39 9. .0 0 （圖 2-1） b/h= (46)1)2()(/1c 聯立 b= (4-) )(1fkhb 壩底寬度;h實際壩高（基本剖面 h=239.0-115.0=124.0m）;壩體材料容重;c 水的容重;o 揚壓力折減系數;k基本組合安全系數;計算得：入=0

39、，b=94.66mn=00.2,下游坡 m=0.60.85,壩頂寬約為壩高的 0.70.9，故取n=0.1，m=0.763 b/h 滿足要求，此時 b=98.61m 詳見（圖 2-2） 折坡點高程155.01 1: :0 0. .7 76 63 3壩壩底底高高程程1 11 15 5. .0 0設設計計洪洪水水位位2 23 39 9. .0 0（圖 2-2）4.2.2.2 實用剖面壩頂寬度=8%10%h=10m，灌漿廊道距壩底 6m，廊道寬高=3 m4m4.2.2.3 設計情況下穩(wěn)定計算w w3 3w w2 2w w1 1p2下下游游水水位位1 13 32 2. .4 4p p1 1壩壩頂頂高高

40、程程2 24 40 0. .2 21 1: :0 0. .7 76 63 3壩壩底底高高程程1 11 15 5. .0 0設設計計洪洪水水位位2 23 39 9. .0 0 計算簡圖自重 gg1=0.523.5401=1880kn 方向鉛直向下力臂 b1=46.64 m 力矩 m1= g1b1=188046.64=87683 knm 方向逆時針g2=10127.2123.5=29892 kn 方向鉛直向下力臂 b2=40.13 m力矩 m2= g2b2=2989240.13=1204946.52 knm 方向逆時針g3=0.59.81【（98.61-14）（98.61-14）/0.763】=1

41、1024.45 kn 方向鉛直向下力臂 b3=7.10 m力矩 m3= g3b3=11024.4577.10=82735.60 knm 方向逆時針b 水平靜水壓力 pp1=0.59.81(98.61-14)2/0.763=75419.28kn 方向水平向右力臂 b1=41.33 m 力矩 m1= p1b1=75419.2841.33= 3117078.84 knm 方向順時針p2=0.59.81（132.4-115）=1485.04 kn 方向水平向右力臂 b2=5.80 m力矩 m2= p2b2=1485.04 kn5.80 m=8613.23 knm 方向順時針c可利用水重 ww1=49.

42、81（239-155）=3296.16 kn 方向鉛直向下力臂 b1=47.31 m力矩 m1= w1 b1=3296.16 kn47.31 m=155941.33knm 方向逆時針w2=0.59.8(155-115)=784.80 kn 方向鉛直向下力臂 b2=47.98 m力矩 m2= w2b2 =784.8047.98=39224.30 knm 方向逆時針w3=0.59.81(132.4-115)2/0.763=1946.31 kn 方向鉛直向下力臂 b3=41.20 m力矩 m3= w3 b3=1946.3141.20 =81180.59 knm 方向順時針d.揚壓力 u u1 =98

43、.61(132.4-115)9.81=16832.4 kn 方向鉛直向上力臂 b1=0力矩 m1=0u2 =0.20（127.2-17.4）(98.61-11) 9.810.5=9436.81kn 方向鉛直向上力臂 b2=9.10 m力矩 m2= u2 b2=9436.819.10=85874.93 knm 方向順時針u3=0.29.8111(127.2-17.4)=2369.70 kn 方向鉛直向上力臂 b3=43.81 m力矩 m3= u3b3=2369.7043.81=103816.71 kn 方向鉛直向上u4=4739.41 力臂 b4=45.64 m力矩 m4= u4 b4=4739

44、.4145.64=216306.67 knm 方向順時針浮托力系數 1.0，滲透力系數 1.1，靜水壓力系數 1.0，水工建筑物安全級別為級，故結構重要系數 0為 1.1=-1502284.95knmm =124312.17 knw-u =（75419.28-1485.04）knp =333.68 kn/ m22w-uw-ubb6y 118595.956118595.956698.41298.41 =2187.6 kn/ m2y 2w-uw-ubb6y 118595.956118595.956698.41298.41 所以滿足應力要求！k= =1.141.1 滿足抗滑穩(wěn)定要求！puwf)(折坡

45、面校核p p1 1壩壩頂頂高高程程2 24 40 0. .2 21 1: :0 0. .7 76 63 3折折坡坡點點高高程程1 11 15 5. .0 0設設計計洪洪水水位位2 23 39 9. .0 0折坡面計算簡圖a.自重 gg1=1023.5(242.2-155) =20492 kn 方向鉛直向下力臂 b1=27.046m 力矩 m1=554226.632 knm 方向逆時針g2=0.523.554.0922/0.763 =45058.78kn 方向鉛直向下力臂 b2=4.015m 力矩 m2=180926.021knm 方向逆時針b 水平靜水壓力 pp=0.59.81(242.2-1

46、55)2=37296.021kn 方向水平向右力臂 b=28 m 力矩 m= pb=1044311.38 knm 方向順時針c揚壓力 uu1 =64.09217.49.81=10940.12 kn 方向鉛直向上力臂 b1=0力矩 m1=0u2 =3730.344kn 方向鉛直向上力臂 b2=6.018 m力矩 m2= u2 b2=22449.21 knm 方向順時針u3=914.684kn 方向鉛直向上力臂 b3=28.564 m力矩 m3= 26110.57 knm 方向順時針u4=1829.369 kn力臂 b4=29.713 m力矩 m4=5435.431 knm 方向順時針m=-422

47、365.459knmw-u=52237.706 kn=198.18 kn/ m22w-uw-ubb6y =1431.97 kn/ m22w-uw-ubb+6y 折坡面足應力要求校核情況下（校核水位 240.8 m0）校校核核洪洪水水位位2 24 40 0. .8 8w w3 3w w2 2w w1 1p2下下游游水水位位1 13 36 6. .4 4p p1 1壩壩頂頂高高程程2 24 40 0. .2 21 1: :0 0. .7 76 63 3壩壩底底高高程程1 11 15 5. .0 0 計算簡圖a重 g (同設計水位)b水平靜水壓力 pp1=77624.78 kn 方向水平向右力臂 b

48、1=41.93 m矩 m1= 3254807.03 knm 方向順時針p2=2246.294 kn 方向水平向右力臂 b2=7.13 m力矩 m2=16023.564 knm 方向順時針c.可利用水重 ww1=3366.92 kn 方向鉛直向下力臂 b1=47.31 m力矩 m1= 159282.93 knm 方向逆時針w2=784.8 kn 方向鉛直向下力臂 b2=47.98 m力矩 m2= 39224.30 knm 方向逆時針w3=5141.7656 kn 方向鉛直向下力臂 b3=43.867 m力矩 m3= 22555.22 knm 方向順時針d.揚壓力 u u1 =20701.592

49、kn 方向鉛直向上力臂 b1=0力矩 m1=0u2 =8358.2 kn 方向鉛直向上力臂 b2=9.10 m力矩 m2= 76059.64 knm 方向順時針u3=2253.16 kn 方向鉛直向上力臂 b3=43.81 m力矩 m3= 98710.975 kn 方向鉛直向上u4=4506.322 kn 方向鉛直向上b4=45.64m力矩 m4=205668.52 knm 方向順時針=-1175791.184knmm =96881.950 knwu =64071.713 knp =256.974 kn/ m2y 2w-uw-ubb6y =1707.980 kn/ m22w-uw-ubb+6y

50、 所以滿足應力要求！k= =1.0280.95，所以滿足抗滑穩(wěn)定要puwf)(0.65 96881.950 64071.713 求！第五章 溢流壩5.1 泄水建筑物砼溢流壩5.1.2 堰頂高程已知設計洪水位為 239.0 m 時，對應的下泄流量為 4800m3 / s,由于壩基巖較好，取校核狀況下的單寬流量 q=70m3 / sm，校核時發(fā)電用水流量q0=180 m3 / s ,則通過溢流前緣的流量 q 為： (2-8)s0q=q - q q 過溢流前緣的泄流量（m3 / s）;q s通過樞紐下泄的總流量（m3 / s）;q0通過泄水孔，水電站發(fā)電，及其其它建筑物下泄的流量（m3 / s）;取

51、 1.0 計算;q=4800-1.0180=4620 m3 / s故溢流前緣凈寬=66 m，取 5 孔，每孔凈寬 b=14 m，閘墩0ql = q4620 70厚度取 d=2.0m，則溢流前緣總寬 l= l0+（n-1）d=70+25=80 m計算堰上水頭 （校核狀況 q 下） (2-9)3/20 2gh0q= mb 其中：淹沒系數，取 1.0 計算；側收縮系數，=0.90 到 0.95 之間，取 0.90 計算；m流量系數，設計水頭下取 m=0.5 計算；b0溢流前緣凈寬， （m）則=，計算得 h0=10.34 m3/2q2gh0b0= mq 03/21.0 0.90 0.52gh 所以堰頂

52、高程為 239.0-10.34=228.66 m，239.00-228.66+閘門安全超高（1 到 2 m）=11.44 m，取閘門高為 12.00 m.b=3.24l l2 2l l1 1e eca ad dyx x o o堰堰頂頂高高程程2 22 28 8. .6 66 61 1: :0 0. .7 76 63 35.1.3 溢流壩實用剖面設計設計堰上水頭hd=11.50 m.a . 本次設計溢流面采用 wes 曲線，已知 wes 曲線方程為xn=khdn-1yhd定型設計水頭kn 與上游壩面坡度有關的系數和指數（查手冊知 k=2.0, n=1.85）l1: x1.85=2h d 0.85

53、 y (2-10)l2: (2-11)10.763yxb l3: (2-12)10.763yx 把 l1 定在原點 o（即從溢流壩頂開始作 wes 曲線，分別對曲線 l1l2 關于 x 求導得：l1：y=0.0631.85 x0.85 (2-15)l2: y=1/0.763 (2-16)由于兩直線扎起 a 點相切，故有：0.0631.85 x0.85=1/0.763，解得：x=17.24，y=12.22ad=12.22 m，ca=7.92 m 上游反弧段為三段圓弧：r1=0.5 hd=0.511.50=5.75 m,.a=2.01 mr2=0.2 hd=0.211.50=2.30 m，b=0.

54、282 hd=3.24 m考慮到倒懸部分不容易安裝模板，施工也不方便，故把反弧段向下游平移。如下圖所示1 1: :0 0. .1 19 98 8. .6 64 4堰堰頂頂高高程程2 22 28 8. .6 66 61 1: :0 0. .7 76 63 3下游反弧段設計1 13 3. .0 00 01 14 41 1. .5 55 5115.001 13 35 5. .2 26 61 13 37 7. .4 40 0feghao1 1: :0 0. .7 76 63 3 (2-17)222hcogqhtoco其中：to總有效水頭（m）;h c o臨界水深（m）;流速系數，試算如下：h c o

55、左 邊 右 邊 2 to =240.8-136.4=104.4 67.723 to =240.8-136.4=104.4 32.211 to =240.8-136.4=104.4 263.891.5 to =240.8-136.4=104.4 118.34試算得 h c o =1.6試算得：h c o=1.60 m，反弧段半徑 r=（6-10）h c o=(9.6-16) m,取r=16 m，校核情況下游尾水位為 136.4 m，從安全角度考慮，如果下游水淹沒壩頂，水流的挑射將受到影響，故挑流坎坎頂應高于下游最高尾水位 1-2 m，取 1 m，則坎頂高程為 137.4 m，挑射角 一般取 15

56、0-300，為較好的挑射水流，采用較大挑射角，本設計采用 =300，作圖后可知，反弧段與直線相切點高程為 141.55 m，反弧段最低點高程為 135.26 m，ab=12.72 m，gf=20.72 m,ge=20.25 m,ef=0.47 m.故溢流壩壩段壩底寬度為 102.35 m。5.2 溢流壩穩(wěn)定應力計算5.2.1 設計洪水位（239.0）設計洪水位239.00校核洪水位240.80折坡點高程155.00壩底高程115.00p3w2w1p2p11 1: :0 0. .1 1堰堰頂頂高高程程2 22 28 8. .6 66 61 1: :0 0. .7 76 63 3a 自重自重 gg

57、=147535.10 kn 方向鉛直向下力臂 b=14.55 m力矩 m= 2146664.81 knm 方向逆時針b 揚壓力 uu1 =17470.53 kn 方向鉛直向上力臂 b1=0力矩 m1=0u2 =7993.60 kn 方向鉛直向上力臂 b2=9.72 m力矩 m2=77697.79 knm 方向順時針u3=1925.11 kn 方向鉛直向上力臂 b3=45.68 m力矩 m3= 87939.02 knm 方向順時針u4=3850.23 kn 方向鉛直向上力臂 b4=47.51 m力矩 m4=182924.43 knm 方向順時針c 水平靜水壓力 pp1=11529.15 kn 方

58、向水平向右力臂 b1=56.83 m力矩 m1=655201.59 knm 方向順時針p2=63365.71 kn 方向水平向右力臂 b2=37.89 m力矩 m2=2400926.75 knm 方向順時針p3=14850.38 kn 方向水平向左力臂 b3=5.8 m力矩 m3=86132.20 knm 方向逆時針d 利用水重 ww1=2890.42 kn 方向鉛直向下力臂 b1=49.18 m力矩 m1= 142150.86 knm 方向逆時針w2=784.8 kn 方向鉛直向下力臂 b2=48.51 m力矩 m2= 38070.65 knm 方向逆時針 =-1026527.184 knm

59、w =118595.956 knw-u =60044.48 knp =507.77 kn/ m22w-uw-ubb6y =1859.956 kn/ m22w-uw-ubb+6y 滿足應力要求！k= =1.343091.1，滿足抗滑穩(wěn)定要求！puwf)(0.65 118595.95660044.48 5.2.2 校核情況下（240.8 m）設計洪水位239.00校核洪水位240.80折坡點高程155.00壩底高程115.00p3w2w1p2p11 1: :0 0. .1 1堰堰頂頂高高程程2 22 28 8. .6 66 61 1: :0 0. .7 76 63 3a 自重 g 同設計情況下）b

60、 揚壓力 uu1 =21486.74 kn 方向鉛直向上力臂 b1=0力矩 m1=0u2 =7796.45 kn 方向鉛直向上力臂 b2=9.72 m力矩 m2=75781.49 knm 方向順時針u3=1877.63 kn 方向鉛直向上力臂 b3=45.68 m力矩 m3= 85770.14 knm 方向順時針u4=3755.27 kn 方向鉛直向上力臂 b4=47.51 m力矩 m4=178412.88 knm 方向順時針c 水平靜水壓力 pp1=13536.16 kn 方向水平向右力臂 b1=56.83 m力矩 m1=769259.97 knm 方向順時針p2=63365.71 kn 方